第17章回折と干渉Diffraction and Interference原書 p.541–566
Test Prep実力テスト
Multiple Choice選択問題
17.1 Understanding Diffraction and Interference 14Which remains unchanged when a monochromatic beam of light passes from air into water?
17.1 回折と干渉を理解する 14単色の光の束が空気から水へ入るとき、変わらないのはどれか。
a. the speed of the lightb. the direction of the beam
a. 光の速さb. 光束の向き
c. the frequency of the lightd. the wavelength of the light
c. 光の振動数d. 光の波長
15Two slits are separated by a distance of 3500 nm . If light with a wavelength of 500 nm passes through the slits and produces an interference pattern, the m = ________ order minimum appears at an angle of 30.0°.
15二つのすきまが3500 nm離れている。波長500 nmの光がすきまを通り抜けて干渉の模様を作るとき、m = ________次の極小が30.0°の角度に現れる。
a. 0b. 1c. 2d. 3
a. 0b. 1c. 2d. 3
16In the sunlight, the shadow of a building has fuzzy edges even if the building does not. Is this a refraction effect? Explain.
16日光のもとでは、建物の輪郭がぼやけていなくても、その影の縁はぼやけている。これは屈折の効果か。説明せよ。
a. Yes, this is a refraction effect, where every point on the building acts as the origin for a new wavefront.b. Yes, this is a refraction effect, where the whole building acts as the origin for a new wavefront.c. No, this is a diffraction effect, where every point on the edge of the building’s shadow acts as the origin for a new wavefront.d. No, this is a diffraction effect, where the whole building acts as the origin for a new wavefront.
a. はい。これは屈折の効果で、建物のすべての点が新しい波面の源としてはたらく。b. はい。これは屈折の効果で、建物全体が新しい波面の源としてはたらく。c. いいえ。これは回折の効果で、建物の影の縁のすべての点が新しい波面の源としてはたらく。d. いいえ。これは回折の効果で、建物全体が新しい波面の源としてはたらく。
if you used white light. If you used a colored laser pointer, look up the wavelength of the color. You may find it easier to calculate from its tangent rather than from its sine.
として使う。色のついたレーザーポインターを使った場合は、その色の波長を調べる。は正弦よりも正接から計算したほうが簡単だろう。
a. Which experiment gave the most distinct pattern—one or two slits?b. What was the width of the single slit? Compare the calculated distance with the measured distance.c. What was the distance between the two slits? Compare the calculated distance with the measured distance.
a. すきま一つと二つで、どちらの実験のほうがはっきりした模様になったか。b. 単一のすきまの幅はいくらだったか。計算した距離と測った距離を比べよ。c. 二つのすきまの間の距離はいくらだったか。計算した距離と測った距離を比べよ。
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 17Two images are just resolved when the center of the diffraction pattern of one is directly over ________ of the diffraction pattern of the other.a. the centerb. the first minimum
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 17一方の回折の模様の中心が、もう一方の回折の模様の________のちょうど真上に来るとき、二つの像はかろうじて分解できる。a. 中心b. 最初の極小
c. the first maximumd. the last maximum
c. 最初の極大d. 最後の極大
18Two point sources of light are just resolvable as they pass through a small hole. The angle to the first minimum of one source is . What is the diameter of the hole? a. b.
18の光の二つの点光源が、小さな孔を通り抜けるときかろうじて分解できる。一方の光源の最初の極小への角度はである。この孔の直径はいくらか。 a. b.
19Will a beam of light shining through a 1-mm hole behave any differently than a beam of light that is 1 mm wide as it leaves its source? Explain.?
191 mmの孔を通り抜ける光の束は、源を出るときの幅が1 mmの光の束と違ったふるまいをするか。説明せよ。
a. Yes, the beam passing through the hole will spread out as it travels, because it is diffracted by the edges of the hole, whereas the 1 -mm beam, which encounters no diffracting obstacle, will not spread out.b. Yes, the beam passing through the hole will be made more parallel by passing through the hole, and so will not spread out as it travels, whereas the unaltered wavefronts of the 1-mm beam will cause the beam to spread out as it travels.c. No, both beams will remain the same
a. はい。孔を通り抜けた束は孔の縁で回折されるので進むにつれて広がるが、回折する障害物に出会わない1 mmの束は広がらない。b. はい。孔を通り抜けた束は孔を通ることでより平行になるので進んでも広がらないが、そのままの波面を持つ1 mmの束は進むにつれて広がる。c. いいえ。どちらの束も進んでも同じ
width as they travel, and they will not spread out. d. No, both beams will spread out as they travel.
幅のままで、広がらない。 d. いいえ。どちらの束も進むにつれて広がる。
20A laser pointer emits a coherent beam of parallel light rays. Does the light from such a source spread out at all? Explain.
20レーザーポインターは平行な光線の可干渉な束を放つ。そうした源からの光は少しでも広がるか。説明せよ。
a. Yes, every point on a wavefront is not a source of wavelets, which prevent the spreading of light waves.
a. はい。波面上のすべての点が素元波の源ではなく、それが光の波の広がりを防ぐ。
Short Answer記述式
17.1 Understanding Diffraction and Interference 21Light passing through double slits creates a diffraction pattern. How would the spacing of the bands in the pattern change if the slits were closer together?
17.1 回折と干渉を理解する 21二重スリットを通り抜けた光が回折の模様を作る。すきまがより近ければ、模様の帯の間隔はどう変わるか。
a. The bands would be closer together.b. The bands would spread farther apart.c. The bands would remain stationary.d. The bands would fade and eventually disappear.
a. 帯はより近づく。b. 帯はより離れて広がる。c. 帯は動かない。d. 帯は薄れ、やがて消える。
22A beam of light passes through a single slit to create a diffraction pattern. How will the spacing of the bands in the pattern change if the width of the slit is increased?
22光の束が単一のすきまを通って回折の模様を作る。すきまの幅を広げると、模様の帯の間隔はどう変わるか。
a. The width of the spaces between the bands will remain the same.b. The width of the spaces between the bands will increase.c. The width of the spaces between the bands will decrease.d. The width of the spaces between the bands will first decrease and then increase.
a. 帯の間隔の幅は変わらない。b. 帯の間隔の幅は広がる。c. 帯の間隔の幅は狭まる。d. 帯の間隔の幅はまず狭まり、それから広がる。
23What is the wavelength of light falling on double slits separated by if the third-order maximum is at an angle of ?a. b.
23離れた二重スリットにあたる光の、3次の極大がの角度にあるとき、その光の波長はいくらか。a. b.
24What is the longest wavelength of light passing through a single slit of width 1.20 μm for which there is a first-order minimum?
24幅1.20 μmの単一のすきまを通って1次の極小ができる、最も長い光の波長はいくらか。
a. 1.04 µmb. 0.849 µm
a. 1.04 µmb. 0.849 µm
b. No, every point on a wavefront is not a source of wavelets, so that the beam behaves as a bundle of rays that travel in their initial direction.c. No, every point on a wavefront is a source of wavelets, which keep the beam from spreading.d. Yes, every point on a wavefront is a source of wavelets, which cause the beam to spread out steadily as it moves forward.
b. いいえ。波面上のすべての点が素元波の源ではないので、束は初めの向きへ進む光線の集まりとしてふるまう。c. いいえ。波面上のすべての点が素元波の源であり、それが束の広がりを防ぐ。d. はい。波面上のすべての点が素元波の源であり、それによって束は前へ進むにつれて着実に広がる。
c. 0.600 µmd. 2.40 µm
c. 0.600 µmd. 2.40 µm
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 25Describe a diffraction grating and the interference pattern it produces.
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 25回折格子と、それが作る干渉の模様について述べよ。
a. A diffraction grating is a large collection of evenly spaced parallel lines that produces an interference pattern that is similar to but sharper and better dispersed than that of a double slit.b. A diffraction grating is a large collection of randomly spaced parallel lines that produces an interference pattern that is similar to but less sharp or well-dispersed as that of a double slit.c. A diffraction grating is a large collection of randomly spaced intersecting lines that produces an interference pattern that is similar to but sharper and better dispersed than that of a double slit.d. A diffraction grating is a large collection of evenly spaced intersecting lines that produces an interference pattern that is similar to but less sharp or well-dispersed as that of a double slit.
a. 回折格子は等間隔に並んだ多数の平行線の集まりで、二重スリットと似ているが、より鋭くよく分散した干渉の模様を作る。b. 回折格子は不規則に並んだ多数の平行線の集まりで、二重スリットと似ているが、鋭さも分散も劣る干渉の模様を作る。c. 回折格子は不規則に並んだ多数の交わる線の集まりで、二重スリットと似ているが、より鋭くよく分散した干渉の模様を作る。d. 回折格子は等間隔に並んだ多数の交わる線の集まりで、二重スリットと似ているが、鋭さも分散も劣る干渉の模様を作る。
26Suppose pure-wavelength light falls on a diffraction grating. What happens to the interference pattern if the same light falls on a grating that has more lines per centimeter?
26単一の波長の光が回折格子にあたるとする。同じ光が、1センチメートルあたりの線の数がより多い格子にあたると、干渉の模様はどうなるか。
a. The bands will spread farther from the central maximum.b. The bands will come closer to the central maximum.c. The bands will not spread farther from the first maximum.d. The bands will come closer to the first
a. 帯は中央の極大からより遠くへ広がる。b. 帯は中央の極大へより近づく。c. 帯は最初の極大からより遠くへは広がらない。d. 帯は最初の
maximum.
極大へより近づく。
27How many lines per centimeter are there on a diffraction grating that gives a first-order maximum for 473 nm blue light at an angle of 25.0°?a. 529,000 lines/cmb. 50,000 lines/cm
27473 nmの青い光の1次の極大を25.0°の角度に作る回折格子には、1センチメートルあたり何本の線があるか。a. 529,000本/cmb. 50,000本/cm
c. 851 lines/cmd. 8,934 lines/cm
c. 851本/cmd. 8,934本/cm
Extended Response論述式
17.1 Understanding Diffraction and Interference 29Suppose you use a double slit to perform Young’s double-slit experiment in air, and then repeat the experiment with the same double slit in water. Does the color of the light change? Do the angles to the same parts of the interference pattern get larger or smaller? Explain.
17.1 回折と干渉を理解する 29空気中で二重スリットを使ってヤングの二重スリットの実験を行い、次に同じ二重スリットで水中で同じ実験を繰り返すとする。光の色は変わるか。干渉の模様の同じ部分への角度は大きくなるか、小さくなるか。説明せよ。
a. No, the color is determined by frequency.
a. いいえ。色は振動数で決まる。
The magnitude of the angle decreases.b. No, the color is determined by wavelength. The magnitude of the angle decreases.c. Yes, the color is determined by frequency. The magnitude of the angle increases.d. Yes, the color is determined by wavelength. The magnitude of the angle increases.
角度の大きさは小さくなる。b. いいえ。色は波長で決まる。角度の大きさは小さくなる。c. はい。色は振動数で決まる。角度の大きさは大きくなる。d. はい。色は波長で決まる。角度の大きさは大きくなる。
30. A double slit is located at a distance x from a screen, with the distance along the screen from the center given by y . When the distance d between the slits is relatively large, there will be numerous bright bands.For small angles (where sinθ = θ, with θ in radians), what is the distance between fringes?
30. 二重スリットがスクリーンから距離xのところにあり、スクリーン上の中心からの距離をyとする。すきまどうしの距離dがわりあい大きいとき、明るい帯は多数できる。小さな角度(sinθ = θ、θはラジアン)について、縞どうしの距離はいくらか。
17.2 Applications of Diffraction, Interference, and Coherence 31Compare the interference patterns of single-slit diffraction, double-slit diffraction, and a diffraction grating.
17.2 回折・干渉・可干渉性の応用 31単スリットの回折、二重スリットの回折、回折格子の干渉の模様を比べよ。
28What is the distance between lines on a diffraction grating that produces a second-order maximum for 760-nm red light at an angle of 60.0°?a. 2.28 × 104 nmb. 3.29 × 102 nmc. 2.53 × 101 nmd. 1.76 × 103 nm
28760 nmの赤い光の2次の極大を60.0°の角度に作る回折格子の、線どうしの距離はいくらか。a. 2.28 × 104 nmb. 3.29 × 102 nmc. 2.53 × 101 nmd. 1.76 × 103 nm
a. All three interference pattern produce identical bands.b. A double slit produces the sharpest and most distinct bands.c. A single slit produces the sharpest and most distinct bands.d. The diffraction grating produces the sharpest and most distinct bands.
a. 三つの干渉の模様はどれも同じ帯を作る。b. 二重スリットが最も鋭くはっきりした帯を作る。c. 単一のすきまが最も鋭くはっきりした帯を作る。d. 回折格子が最も鋭くはっきりした帯を作る。
32. An electric current through hydrogen gas produces several distinct wavelengths of visible light. The light is projected onto a diffraction grating having lines per centimeter. What are the wavelengths of the hydrogen spectrum if the light forms first-order maxima at angles of , , , and ?a.
32. 水素ガスに電流を流すと、いくつかのはっきりした波長の可視光が出る。この光を、1センチメートルあたり本の線を持つ回折格子に投じる。1次の極大が、、そしての角度にできるとき、水素のスペクトルの波長はいくらか。a.